JP2005069868A - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】 試験機の校正時に得られるデータを利用して、試験力の計測結果に含まれる相対指示誤差を実質的に除外し、不確かさを小さくしてより信頼性の高い材料試験機を提供する。
【解決手段】 力測定系の校正時に得られた計測値の真値に対する相対偏差を表す近似式を記憶手段２ａに記憶し、その記憶されている近似式を用いて試験力の計測結果を補正したうえで表示することにより、その表示値から相対指示誤差を除外するとともに、負荷機構を試験力制御のもとに制御するにあたって、補正後の試験力を用いることにより、目標とする試験により近い試験を行うことを可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は材料試験機に関し、更に詳しくは、一軸方向に対して負荷を加える一軸材料試験機に関する。

材料試験機においては、一般に、試験片に引張や圧縮等の負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力を計測する力測定系を備えている。力測定系は、ロードセルを検出器として用いるものが多用されており（例えば特許文献１参照）、通常、そのロードセルの出力を増幅するアンプ、更にその増幅後の出力をデジタル化するＡ−Ｄ変換器等を併せて力測定系が構成される。このようにして計測された試験力は表示器に逐次表示され、更には、例えば引張試験においては、試験片の伸びの計測結果と併せて、試験力−伸び曲線としてプロットないしは表示される。

ところで、材料試験機の力計測系、所定の規格に準拠した力計（検定器）を用いて校正される。この校正においては、複数の試験力レベルにおいて、それぞれ計測結果（表示値）と参照値（真の値）とが比較され、各表示値の真の値に対する相対偏差（相対指示誤差）等の複数の検定項目の測定結果に基づいて等級付けされる。この検定項目には相対指示誤差のほか、相対繰り返し誤差、相対往復誤差等があり、これらの各項目のそれぞれが、各等級について定められた値内に収まることによって、その等級が付与される。例えば０．５級では相対指示誤差および相対繰り返し誤差が０．３３％以下、相対往復誤差が０．５％以下等であり、１級では相対指示誤差および相対繰り返し誤差が０．６６％以下、相対往復誤差が１．００％以下等と定められている。

このような等級付けにより、試験力の表示値の精度は等級により保証され、材料試験機による不確かさについてもそれに相関して予測することができる。
特開平１０−１７０４１９号公報

しかしながら、従来の材料試験機においては、以上のような等級付けによって、表示値を保証して不確かさの予測を行うことはできるものの、校正時に得られたデータを用いて、不確かさを積極的に小さくする対策については行われていない。

本発明の課題は、校正時に得られるデータを利用して、材料試験機による試験力の計測結果に含まれる不確かさを小さくすることができ、より信頼性の高い材料試験機を得ることにある。

上記の課題を解決するため、本発明の材料試験機は、試験片に負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力を計測する力計測系を備えた材料試験機において、上記力測定系の校正時に得られた当該力測定系による計測値の真値に対する相対偏差を表す近似式を記憶する記憶手段と、その記憶手段の内容を用いて上記力測定系による刻々の計測値を補正する補正手段を有し、その補正後の計測値を試験力の計測結果として表示器に表示することによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、請求項１に係る発明においては、上記負荷機構を制御する制御手段が、制御量として試験力が設定された場合に、上記補正手段による補正後の試験力を用いるように構成すること（請求項２）が好ましい。

また、請求項３に係る発明の材料試験機は、上記と同様に試験片に負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力を計測する力計測系を備えた材料試験機において、上記力測定系の校正時に得られた当該力測定系による計測値の真値に対する相対偏差を表す近似式を記憶する記憶手段と、試験終了後に、上記力測定系による試験力の測定結果を上記記憶手段の内容を用いて補正する補正手段を備えていることによって特徴づけられる。

請求項１に係る発明によると、校正時に得られた力測定系の計測値と真値との相対偏差を表す近似式を用いて、試験力の計測結果が刻々とリアルタイムで補正されて表示されるので、その試験力の表示値には実質的に相対指示誤差が含まれなくなり、不確かさの算定において繰り返し性等の誤差が含まれるものの、相対指示誤差に起因する部分を除くことができ、同じ等級の材料試験機であっても、従来に比して信頼性のより高い試験結果を得ることができる。

また、請求項２に係る発明のように、制御量として試験力が設定された場合に、その検出値として上記のようにリアルタイムで補正された試験力を用いることにより、従来の材料試験機に比してより目標に忠実な試験を行うことが可能となる。

一方、請求項３に係る発明によると、試験終了後に、力計測系により計測された試験力が、上記したものと同等の近似式を用いて補正されるので、例えば降伏点や最大試験力、あるいはヤング率を求めるための試験力データ、更には例えば試験力−伸び曲線における全ての試験力が、相対指示誤差分を含まないより正確な試験力に補正され、上記と同様に試験結果の信頼性が向上する。

検定時のデータを利用して、力計測系に含まれる相対指示誤差を表示値ないしはデータ処理結果から除外し、より信頼性の高い試験結果を得ることのできる材料試験機を実現した。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
図１は本発明の実施例の全体構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

試験機本体１は、テーブル１１上に２本のねじ棹１２ａ，１２ｂを鉛直に支持し、そのねじ棹１２ａ，１２ｂの頂部をクロスヨーク１３で連結するとともに、各ねじ棹１２ａ，１２ｂには、ナット（図示せず）を介してクロスヘッド１４の両端部を支持した構造を有している。各ねじ棹１２ａ，１２ｂは、テーブル１１内に設けられたモータおよび減速機等を主体とする駆動機構１５により回転が与えられ、この駆動機構１５の駆動により各ねじ棹１２ａ，１２ｂを回転させることによって、クロスヘッド１４が上下動するように構成されている。

引張試験を行う場合には、図示のように、テーブル１１とクロスヘッド１４に一対の掴み具１６ａ，１６ｂが装着され、これらの掴み具１６ａ，１６ｂにより試験片Ｗの両端が把持される。その状態でクロスヘッド１４を上昇させることによって、試験片Ｗに引張力が負荷される。

クロスヘッド１４にはロードセル１７が取り付けられており、上側の掴み具１６ｂはこのロードセル１７を介してクロスヘッド１４に装着されている。従って、試験片Ｗに作用する試験力はロードセル１７にも作用し、このロードセル１７によって、試験時において試験片Ｗに作用する試験力が検出される。

また、試験片Ｗには伸び計１８が装着され、試験時における試験片Ｗの伸びがこの伸び計１８によって検出される。

ロードセル１７の出力はロードアンプ１７ａで増幅された後、Ａ−Ｄ変換器１７ｂでデジタル化されたうえで、試験力計測データとして制御装置２に刻々と取り込まれる。また、伸び計１８の出力は伸びアンプ１８ａで増幅された後、Ａ−Ｄ変換器１８ｂでデジタル化されたうえで、伸び計測データとして同じく制御装置２に刻々と取り込まれる。更に、図示は省略するが、クロスヘッド１４の刻々のストロークは例えば負荷機構１５のモータの回転を検出するエンコーダ等によって検出され、同様にして制御装置２に取り込まれる。

制御装置２はＣＰＵとその周辺機器を主体とし、試験力の計測データおよび伸びの計測データ、更にはクロスヘッド１４のストローク検出データを取り込みつつ、制御量として設定されている量があらかじめ設定されている目標値に追随するように負荷機構１５を駆動制御する。また、試験力計測データや伸び計測データから、刻々の試験力および伸び、更にはこれらから求められる試験力─伸び曲線を表示器３に表示する。また、この制御装置２は、データ処理用のパーソナルコンピュータ４に接続されている。

制御装置では、上記のように取り込んだ各種計測データのうち、試験力データについては、負荷機構の１５の制御並びに表示器３への表示、あるいはパーソナルコンピュータ４へのデータ転送に際して、ロードセル１７からの試験力計測データがそのまま用いられずに、以下に示すように、接続されているメモリ２ａの内容を用いて補正したうえで用いられる。

すなわち、メモリ２ａには、この材料試験機の校正時に得られるロードセル１７を主体とする力計測系の計測値と真値との相対偏差を表す近似式が書き込まれている。材料試験機においては、前記したように、校正時において、検定器としての力計を用いて、複数の試験力レベルにおいて計測値と真値（参照値）との相対偏差（相対指示誤差）が求められるのであるが、その検定に際して求められた相対偏差を用いて、例えば図２に誇張してグラフで示すように、当該力計測系による計測値と真値との関係を表す近似式を求め、その近似式をメモリ２ａに記憶しておく。

試験中において制御装置２では、図３に要部動作を表すフローチャートを示すように、Ａ−Ｄ変換器１７ｂを介してロードセル１７による試験力の計測データを微小インターバルで取り込むごとに、その計測データがメモリ２ａに記憶している近似式を用いてリアルタイムで補正され、その補正後の試験力が表示器３に刻々と表示され、あるいは試験力−伸び曲線上にプロットされていく。また、試験力制御が選択されている場合には、補正後の試験力が負荷機構１５の駆動制御に供される。

以上の本発明実施例によると、ロードセル１７、ロードアンプ１７ａおよびＡ−Ｄ変換器１７ｂからなる力計測系による試験力の計測結果が、校正時に求めた相対指示誤差に基づく近似式を用いて補正されたうえで試験力の計測値として表示や制御に用いられるので、試験力の表示値は実質的に相対指示誤差を含まないより正確なものとなり、負荷制御も目標値により忠実なものとなって、試験の信頼性が向上する。

ここで、以上の実施例においては、制御装置２が試験力計測データを取り込むごとにリアルタイムで補正演算を行い、刻々の試験力の表示値を補正後のものとし、更には試験力制御に際しては補正後の試験力を用いた例を示したが、制御装置２にそのようなリアルタイムの補正演算機能を持たない場合には、制御装置２に接続されているパーソナルコンピュータ４に補正演算を担わせればよい。この場合、補正は試験後のものとなるが、試験力−伸び曲線の全プロットを補正して試験力−伸び曲線を描画し直したり、あるいは、例えば最大試験力や降伏点などの代表値を補正して表示したり、更には、ヤング率を求める範囲内の試験力を補正することによっても、試験結果から試験力の相対指示誤差に起因する誤差分を除外することが可能となり、より信頼性の高い材料試験機となり得る。

また、以上の実施例においては、力計測系による計測値の真値に対する相対偏差を表す近似式として、図２に例示したように計測値と真値との関係を表すものとしたが、計測値と相対偏差そのものの関係の近似式の形としてもよいことは勿論である。

更に、以上の実施例では、試験機本体をねじ棹式のものを例にとって説明したが、油圧駆動式のものなど、他の型式の試験機を用いてもよいし、また、引張試験のみならず、圧縮試験や疲労試験等においても本発明を等しく適用し得ることは言うまでもない。

本発明の実施例の全体構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 本発明の実施例で用いる力計測系による試験力の計測値と真値との関係の例を誇張して示すグラフである。 本発明の実施例における制御装置２の要部動作を表すフローチャートである。

符号の説明

１ 試験機本体
１１ テーブル
１２ａ，１２ｂ ねじ棹
１３ クロスヨーク
１４ クローヘッド
１５ 負荷機構
１６ａ，１６ｂ 掴み具
１７ ロードセル
１８ 伸び計
２ 制御装置
２ａ メモリ
３ 表示器
４ パーソナルコンピュータ
Ｗ 試験片

Claims (3)

1. 試験片に負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力を計測する力計測系を備えた材料試験機において、
   上記力測定系の校正時に得られた複数の力値での真値に対する当該力測定系の計測値との相対偏差を近似式で記憶する記憶手段と、その記憶手段の内容を用いて上記力測定系による刻々の計測値を補正する補正手段を有し、その補正後の計測値を試験力の計測結果として表示器に表示することを特徴とする材料試験機。
2. 上記負荷機構を制御する制御手段が、制御量として試験力が設定されている場合に、上記補正手段による補正後の試験力を用いることを特徴とする請求項１に記載の材料試験機。
3. 試験片に負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力を計測する力計測系を備えた材料試験機において、
   上記力測定系の校正時に得られた複数の力値での真値に対する当該力測定系の計測値との相対偏差を近似式で記憶する記憶手段と、試験終了後に、上記力測定系により計測された力測定結果を上記記憶手段の内容を用いて補正する補正手段を備えていることを特徴とする材料試験機。

Images